大氣溫度層結及穩(wěn)定度——大氣組成及大氣層的結構（二）

1、大氣溫度層結及穩(wěn)定度大氣組成及大氣層的結構（二） 三、大氣溫度層結因為地球旋轉作用以及距地面不同高度的各層次大氣對太陽輻射汲取程度的差異，使得描述大氣狀態(tài)的溫度等氣象要素在垂直方向上呈不勻稱的分布。人們通常把靜大氣的溫度在垂直方向上的分布，稱為大氣溫度層結。1氣溫垂直遞減率氣溫隨高度的變幻特征可以用氣溫垂直遞減率（)來表示，它系指單位高差（通常取100m）氣溫變幻的負值。通常用下式表示：dt/dz式中一一熱力學溫度，k;z一一高度，m。若氣溫隨高度增強是遞減的，則為正當，反之，為負值。上式可以表征大氣的溫度層結。在對流層中，平均來說來說dt/dz0，且=0.6k/100m，即每上升100m,氣

2、溫降低0.6。2輻射逆溫層地球表面因接受來自太陽的輻射而升溫，也可因向空中輻射而冷卻。太陽向地球表面的輻射主要是短波輻射，而地面對空中的輻射則主要是長波輻射。大氣汲取短波輻射的能力很弱，而汲取長波輻射的能力卻很強。因此，在大氣邊界層內，空氣溫度的變幻主要是受地表長波輻射的影響。近地層空氣溫度隨著地面溫度的上升而逐漸上升，而且是自下而上的上升；反之，近地層空氣溫度隨著地表溫度的降低而逐漸降低，也是自下而上的降低。在對流層中，氣溫普通是隨著高度增強而降低的，即 0，稱為遞減層結。但在一定條件下也會浮現反?，F象，這可由垂直遞減率（）的變幻狀況來推斷。當=0時，稱為等溫氣層；當 0時，稱為逆溫氣層。逆

3、溫現象常常發(fā)生在較低氣層中，這時氣層穩(wěn)定性特殊強，對于大氣垂直運動的進展起著妨礙作用。逆溫形成的過程是多種多樣的。按照形成過程的不同，逆溫可分為近地面層逆溫柔自由大氣逆溫兩種。近地面層逆溫又可分為輻射逆溫、平流逆溫、融雪逆溫柔地形逆溫等；自由大氣逆溫可分為湍流逆溫、下沉逆溫柔鋒面逆溫等。與大氣污染關系疏遠的是輻射逆溫。地面因劇烈的有效輻射而很快冷卻，近地面氣層冷卻最為劇烈，較高的氣層冷卻較慢，因而形成了自地面開頭逐漸向上進展的逆溫層，稱為輻射逆溫。輻射逆溫最可能發(fā)生在夜間的靜止空氣，此時地球不再接受太陽輻射，近地面空氣比高層空氣先冷卻，而高層空氣保持暖和，密度小。逆溫不利于空氣對流，因而不利于

4、污染物的蔓延，使污染物滯留在局地，造成局地大氣污染物的集聚。隨著地面輻射的增加，地面快速冷卻，使近地面氣層由下而上溫度降低，且離地越近，冷卻越強。沿高度方向冷卻作用逐漸削弱形成輻射逆溫。逆溫逐漸向上進展，黎明時達到最強；日出后太陽輻射逐漸增加，地面逐漸升溫，空氣也隨之自下而升高溫，逆溫也自下而上逐漸消逝；大約在上午10時左右逆溫層徹低消逝。輻射逆溫層多發(fā)生在距地面100-150m高度內。最有利于輻射逆溫進展的條件是平息而晴朗的夜晚，有云和有風都能削弱逆溫。如風速超過23m/s時，輻射逆溫就不易形成了。3氣塊的絕熱過程在大氣中取一個極小容積的氣塊，稱為空氣微團，簡稱氣塊。假設它與周圍的環(huán)境間沒有

5、發(fā)生熱量交換，那么它的狀態(tài)變幻過程就可以認為是絕熱過程。由污染源排入大氣的污染氣體，也可視為一個氣塊來討論。固定質量的氣塊所經受的不發(fā)生水相變幻的過程，通常稱為干過程。不發(fā)生水相變幻，即指氣塊內部既不浮現液態(tài)水又不浮現固態(tài)水。固定質量的氣塊在干過程中其內部的總質量不變，它也是一個絕熱過程，因而也稱為干絕熱過程，這是一種可逆的絕熱過程。干氣塊在絕熱升高過程中，因為外界壓力減小而膨脹，就要反抗外界壓強而做功，這個功只能依賴消耗本身的內能來完成，因而氣塊溫度降低。相反，當這干空氣從高處絕熱下降時，因為外界壓強增大，就要對其壓縮而做功，這個功便轉化為這塊空氣的內能，因而氣塊溫度上升。氣體在干絕熱過程中

6、，其溫度隨高度的變幻稱為干絕熱垂直遞減率，用n表示。按照理論推導，d=0.98/100m1/l00m。四、大氣穩(wěn)定度大氣穩(wěn)定度是指在垂直方向上大氣的穩(wěn)定趨勢，它與風速及空氣溫度隨高度的變幻有關。當大氣中有一氣塊，因為某種緣由受到外力的作用產生了升高或下降的垂直位移。當此外力消逝后，該氣塊繼續(xù)運動的趨勢將存在三種狀況：一是氣塊減速并有返回本來高度的趨勢，則稱這種大氣是穩(wěn)定的；二是氣塊仍按原方向加速運動，稱這種大氣是不穩(wěn)定的；三是氣塊被外力推到哪里就停到哪里或做等速運動，稱這種大氣是中性的。氣塊在大氣中的穩(wěn)定度與大氣垂直遞減率和干絕熱垂直遞減率兩者有關。當d時，大氣不穩(wěn)定；當=d時，大氣為中性；當 d時，大氣為穩(wěn)定結構。普通地，大氣溫度垂直遞減率越大，氣塊越不穩(wěn)定